Исследователи, работавшие с детектором GERDA (GERmanium Detector Array) наблюдали за процессом бета-распада. Двойной бета-распад представляет собой процесс, в котором два нейтрона внутри ядра атома германия-76 одновременно превращаются в протоны. Это происходит за счет превращения d-кварков в u-кварки. Такое превращение вначале дает W-отрицательный бозон (квант слабого взаимодействия). Далее разные теоретические модели предсказывают разное поведение W- бозонов.
В обычной модели каждый W- бозон превращается в комбинацию из электрона и электронного антинейтрино. А в другой модели, с частицами, которые одновременно являются своими же античастицами, происходит следующее: один W- бозон становится майорановским нейтрино и электроном, после чего это новое майорановское нейтрино поглощается вторым W- бозоном, который в этот момент испускает еще один электрон. Такая последовательность предполагает, что процесс испускания майорановского нейтрино и электрона аналогичен процессу поглощения майорановского нейтрино с испусканием электрона, а это возможно только тогда, когда майорановские частицы являются и нейтрино, и антинейтрино одновременно.
Наблюдения за детектором, в котором было 18 килограммов германия, позволили ученым определить множество электронов и попутно определить их энергию. Общая энергия электронов при двойном бета-распаде меньше теоретически возможного максимума, так как часть энергии уносят антинейтрино, а безнейтринный распад должен отличаться электронами с максимально возможной энергией. Именно эти электроны пытались поймать ученые, однако все частицы имели энергию меньше той, которая предсказывалась майорановской моделью. ( Впервые эту гипотезу высказал итальянский физик Этторе Майорана).
Безнейтринный бета-распад физики пытаются зафиксировать с 1990-х годов. В 2002 году группа физиков из коллаборации "Гейдельберг-Москва" сообщила об обнаружении безнейтринного распада, однако в том же году эти результаты признались несостоятельными. Новые данные основаны на двухлетней статистике, которая получена на более совершенной установке.
Поиск майорановских частиц важен по той причине, что такие частицы (если они есть) существенно отличаются от всех остальных. Обнаружение безнейтринного распада будет означать выход физики за пределы Стандартной модели.
На рисунке: Фейнмановская диаграмма безнейтринного бета-распада. Такой процесс возможен только при условии совпадения нейтрино и антинейтрино.
